Abwasserwärmenutzung: Wärme aus Abwasser erschließen

Abwasserwärmenutzung erschließt Wärme aus Kanal und Kläranlage. Wie die Technik funktioniert und welche Bedingungen für ihren Einsatz zählen.

Abwasserwärmenutzung gewinnt Wärme zurück, die mit dem Abwasser aus Gebäuden und Betrieben abfließt. Ein Wärmetauscher nimmt diese Wärme auf; meist hebt eine Wärmepumpe sie anschließend auf ein für Heizung oder Warmwasser nutzbares Temperaturniveau. Für Kommunen, Versorger und größere Gebäudeeigentümer kommt Abwasser als Wärmequelle infrage, wenn Abwasserstrom und Wärmebedarf am Standort zusammenpassen.

Funktionsweise der Abwasserwärmenutzung

Die Abwärme lässt sich aus einem Abwasserkanal oder an einer Kläranlage entnehmen. Für die Versorgung mehrerer Gebäude ist vor allem entscheidend, wo ausreichend Abwasser fließt und wie die Wärme zu den Abnehmern gelangt.

Das Abwasser strömt an einem Wärmetauscher vorbei und erwärmt einen getrennten Wasserkreislauf. Abwasser und Heizwasser vermischen sich dabei nicht.
Der Kreislauf transportiert die aufgenommene Wärme zur Wärmepumpe. Diese nutzt Strom, um die Temperatur für Heizung oder Warmwasser anzuheben.
Die erzeugte Wärme gelangt in ein Gebäude oder ein Wärmenetz. Bei geeigneter Auslegung kann das System im Sommer auch Wärme aus Gebäuden abführen und so zur Kühlung beitragen (Stichwort: Kaltes Nahwärmenetz)

Die Wärmepumpe ist ein wesentlicher Teil des Systems: Die Temperatur des Abwassers allein reicht für die übliche Wärmeversorgung nicht aus. Wie viel Strom die Anlage benötigt, hängt unter anderem von der Temperatur der Quelle und der benötigten Vorlauftemperatur ab. Auch der vorhandenen Volumenstrom des Abwasser, die Wärmeverteilung, Wärmespeicher und eine mögliche Ergänzung für hohe Lasten gehören zur Planung.

Vor- und Nachteile

Vorteile

Abwasser fällt dort an, wo Menschen wohnen oder arbeiten und häufig auch Wärme gebraucht wird.
Die Wärmequelle ist auch im Winter verfügbar und kann Heizung und Warmwasser unterstützen.
Eine Einspeisung in Wärmenetze ist möglich, besonders wenn deren Temperaturniveau zur Quelle passt.
Eine passende Anlage kann zusätzlich Kühlung bereitstellen.

Grenzen

Für die Abwasserwärmenutzung braucht es einen ausreichend großen und kontinuierlichen Abwasserstrom.
Längere Leitungswege zwischen Entnahmestelle und Abnehmer erhöhen den Aufwand. Bei kleinem Wärmebedarf kann das die Wirtschaftlichkeit begrenzen.
Feststoffe, Fett und Beläge können Wärmetauscher verschmutzen. Zugänglichkeit und Reinigung müssen deshalb mitgeplant werden.
Wärmeentzug im Kanal darf die Abwasserbewirtschaftung und die Reinigung in der Kläranlage nicht beeinträchtigen. Die zulässige Abkühlung ist für den Standort zu prüfen.

Kennwerte und Kosten

Quellentemperatur: Abwasser bietet nach Angaben der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall über das Jahr ein Temperaturniveau von etwa 10 bis 20 °C. Der Wert am geplanten Entnahmepunkt kann davon abweichen.
Vorlauftemperatur: Eine Wärmepumpe kann die gewonnene Wärme für die Gebäudeheizung auf bis zu 90 °C anheben. Welche Temperatur erforderlich ist, bestimmt das angeschlossene Heizsystem.

Eine allgemeine Kostenzahl wäre für die Standortentscheidung wenig hilfreich. Maßgeblich sind unter anderem Wärmetauscher und dessen Einbau, die Wärmepumpe, das Wärmenetz bis zum Abnehmer, Strombedarf sowie Reinigung und Wartung. Diese Größen müssen gemeinsam mit dem nutzbaren Wärmebedarf bewertet werden.

Einsatz in der Praxis

Ein Kanal in Gebäudenähe ist noch kein ausreichender Eignungsnachweis. Zunächst sind Durchfluss und Temperatur des Abwassers mit dem zeitlichen Wärmebedarf abzugleichen. So kann Abwärme aus dem Kanal einzelne oder auch mehrere Gebäude mit Abwärme versorgen, Abwärme aus einer Kläranlage jedoch bereits ganze Quartiere oder auch Großabnehmer.

Eine weitere wichtige Kenngröße ist die Wärmedichte: je höher die Wärmedichte in einem Quartier, desto wirtschaftlicher ist ein Projekt. Sie ist eine Bezugsgröße, die das Verhltnis der Summe der Anschlussleistungen zur Fläche im Versorgungsgebiet oder zu Trassenlänge angibt.

Bei öffentlicher Kanalisation ist außerdem die Zustimmung des Betreibers erforderlich; Einbau und Betrieb dürfen dessen Aufgaben nicht einschränken.

Für größere, regelmäßig beheizte Gebäude oder Quartiere kann ein gemeinsames Versorgungskonzept sinnvoll sein. Die Abwasserwärmenutzung kann darin einen Teil des Bedarfs decken, während eine ergänzende Anlage hohe Lasten übernimmt. Wie die Wärmequelle in die gesamte Versorgung eingebunden wird, ist Teil der Planung von Energie- und Nahwärmeversorgung.

Bei der Standortprüfung zählt auch der Weg bis zur Kläranlage. Wird dem Abwasser im Kanal Wärme entzogen, kann seine niedrigere Temperatur dort Reinigungsprozesse beeinflussen. Weitere Zuflüsse und Wärme aus der Umgebung können das Abwasser unterwegs wieder erwärmen. Ob das im konkreten Netz ausreicht, muss mit dem Kanal- und Kläranlagenbetrieb geklärt werden. Ein Leitfaden des Umweltministeriums Baden-Württemberg behandelt die Wärmenutzung aus Abwasser.

Praxisbeispiel: Kanalabwärme für ein Wohnquartier in Köln Weidenpesch

In Köln-Weidenpesch wird die Wärme des Abwassers genutzt, um ein bestehendes Wohnquartier klimafreundlicher zu versorgen. Das Quartier umfasst mehr als 400 Wohnungen mit insgesamt rund 20.250 Quadratmetern Wohnfläche. Als Hauptwärmequelle ist die Abwärme eines nahe gelegenen Abwasserkanals vorgesehen. Zwei Wärmepumpen mit jeweils 250 kW Leistung heben die gewonnene Wärme auf das für die Gebäudeversorgung erforderliche Temperaturniveau.

Die Wärmepumpen werden mit einer Power-to-Heat-Anlage und Photovoltaik kombiniert. Durch die Sanierung eines Teils der Gebäude lässt sich die Heizlast des Quartiers von rund 800 auf 650 kW reduzieren. Für das Gesamtsystem wurde eine CO₂-Einsparung von mehr als 50 Prozent ermittelt.

Tilia übernahm die Bestands- und Potenzialanalyse, entwickelte das Energiekonzept und die Fördermittelstrategie und begleitet die Umsetzung. Das Projekt zeigt, wie sich Kanalabwärme auch in einem dicht bebauten Bestandsquartier als Wärmequelle erschließen und mit Gebäudesanierung, Wärmepumpen und Photovoltaik zu einem gemeinsamen Versorgungssystem verbinden lässt.